5

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Analog to Digital Converter

Salah satu komponen penting dalam sistem akuisisi data adalah pengubah

sinyal analog menjadi sinyal digital atau disebut juga ADC (Analog to Digital

Converter). Pengubah ini mengubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal-sinyal

digital sehingga dapat diproses oleh komputer.

Contoh aplikasi dari ADC ini bisa dilihat misalnya pada Voltmeter digital,

sampling (mengambil contoh dengan interval waktu tertentu) suara dengan

komputer sehingga suara dapat disimpan dalam bentuk digital ke dalam media

penyimpan seperti : disket dan compact disk.

Konsep pengubah sinyal analog menjadi sinyal digital ini adalah sampling

terhadap sinyal analog yang kemudian mewakilinya dengan bilangan digital dengan

batas yang sudah diberikan.

2.1.1 Fungsi Parameter Ideal Konverter Analog ke Digital

Secara teoritis, fungsi transfer ideal untuk konverter analog-ke-digital

(ADC, analog-to-digital converter) berbentuk garis lurus (Gambar 2.1).

Bentuk ideal garis lurus hanya dapat dicapai dengan konverter data beresolusi

tak-hingga. Karena tidak mungkin mendapatkan resolusi tak hingga, maka

secara praktis fungsi tranfer ideal tersebut berbentuk gelombang tangga

6

seragam. Semakin tinggi resolusi ADC, semakin halus gelombang tangga

tersebut.

000001010011100101110111

0/8

1/8

2/8

3/8

4/8

5/8

6/8

7/8

Infinite resolutionIdeal

Curve

Gambar 2.1 3-Bit A/D Transfer Curve

ADC ideal secara unik dapat merepresentasikan seluruh rentang

masukan analog tertentu dengan sejumlah kode keluaran digital. Oleh karena

sinyal analog bersifat kontinu sedangkan sinyal digital bersifat diskrit, maka

ada proses kuantisasi yang menimbulkan kekeliruan. Apabila jumlah sinyal

diskritnya (yang mewakili rentang masukan analog) ditambah, maka lebar

undak (step width) akan semakin kecil dan fungsi transfer akan mendekati

garis lurus ideal.

Lebar satu undak (step) didefinisikan sebagai satu LSB (Least

Significant Bit) dan unit ini digunakan sebagai unit rujukan untuk besaran-

besaran lain dalam spesifikasi peranti konversi data. Satu unit LSB itu juga

digunakan untuk mengukur resolusi konverter karena dapat menggambarkan

jumlah bagian atau unit dalam rentang analog penuh.

7

Resolusi ADC selalu dinyatakan sebagai jumlah bit dalam sinyal

keluaran digitalnya. Misalnya, ADC dengan resolusi n-bit memiliki 2n kode

digital yang mungkin dan berarti juga memiliki 2n tingkat undak (step level).

Meskipun demikian, karena undak pertama dan undak terakhir hanya setengah

dari lebar penuh, maka rentang skala-penuh (FSR, full-scale range) dibagi

dalam (2n-1) lebar undak. Karenanya,

LSB = FS / (2n - 1)

Gambar 2.2 Full Step Mode

2.1.2 Tipe-tipe ADC

Saat ini banyak terdapat ADC dengan kecepatan konversi yang

berbeda-beda, interface yang berbeda serta akurasi yang berbeda. Dibawah ini

akan dijelaskan tipe-tipe ADC yang sering digunakan yaitu single slope, dual

slope, Flash, Successive Approximation Register dan Integrating.

2.1.1.1 Single slope ADC

Jenis ADC ini keluaran digitalnya dihasilkan dari keluaran

tegangan masukan (Vin) dengan sinyal ramp linear. Cara kerjanya

pertama pencacah di reset dan sinyal dikirim ke Ramp Generator,

yang akan bertambah secara linear sesuai dengan waktu dari inisial

nilai negatifnya selama tegangan antara lain 0 dan Vin. Tegangan

keluaran pembanding V1 dan V2 akan di-inisialkan sama dengan nol.

Gambar 2.3 Diagram Blok Single Slope ADC

2.1.1.2 Dual slope ADC

Jenis ADC ini disebut juga ratiomatic ADC. Cara kerjanya adalah saat keadaan awal S1 dalam keadaan terbuka, S2 dihubungkan dan counter telah di reset rangkaian control. Pada saat t = t1, S1 dihubungkan dengan masukan inverting integrator melalui resistor dan S2 terbuka, karena Vin dan Va > 0, tegangan keluaran integrator akan

9

negatif. Begitu tegangan keluaran ini mencapai microVolt dibawah

potensial ground, keluaran komparator menjadi tinggi. Selama

tegangan keluaran dari integrator masih negatif, keluaran komparator

akan sama dengan satu.

Ketika tegangan melewati nol Volt, yaitu pada saat t3, keluaran

komparator menjadi rendah sehingga logika kembali akan menutup

gerbangnya dan saat t3 pulsa-pulsa clock tidak di teruskan lagi ke

pencacah. Penunjukan pencacah pada saat t3 akan proposional dengan

tegangan Vin, sehingga mewakili Vin.

Vin : Charge Time

T1/T0 : Waktu

N1/N0 : Waktu putaran Clock

Vref : Discharge Time

Gambar 2.4 Diagram blok Dual-Slope ADC

Gambar 2.5 Output Dual-Slope ADC

2.1.1.1 Flash ADC

Flash ADC adalah tipe ADC yang memiliki speed konversi tercepat. Flash ADC

menggunakan komparator untuk melakukan konversi sinyal analog ke dalam sinyal

digital (4-bit ADC akan memiliki 16 buah komparator dan untuk 8-bit ADC akan

memiliki 256 buah komparator). Semua output komparator dihubungkan pada suatu blok

logika yang mendeterminasikan output berdasarkan High/Low

11

dari komparator. Kecepatan konversi untuk flash ADC adalah jumlah

dari semua waktu yang diperlukan oleh komparator untuk melakukan

konversi dan waktu yang diperlukan oleh blok logika untuk

mendeterminasikan output.

Gambar 2.6 Diagram Blok Flash ADC

2.1.2.4 Successive Approximation Register ADC

SAR (Successive Approximation Register) menggunakan

komparator dan logika penghitungan untuk melakukan konversi. Cara

kerja dari SAR adalah dengan membandingkan sinyal input dengan

setengah nilai dari tegangan referensi, dimana apabila keadaan tersebut

terbukti kebenarannya maka nilai dari bit MSB (Most Significant Bit)

adalah set. Kemudian nilai yang dihasilkan akan dikurangi dengan

12

nilai dari sinyal input, lalu dibandingkan dengan satu per empat dari

nilai tegangan referensi. Proses tersebut akan diulangi terus menerus

sampai semua bit memiliki nilai set atau reset.

Jenis ini banyak digunakan karena harga yang murah dan

waktu konversi SAR jauh lebih pendek dan selalu konstan, tidak

bergantung pada nilai sinyal analog yang akan diubah. SAR

menggunakan register control yang isinya dapat diubah bit demi bit

oleh suatu logika kendali. Cara kerja yaitu proses konversi di mulai

dengan memberikan pulsa start dan logika kendali akan mereset semua

bit control sehingga keluaran register semuanya sama dengan nol.

Karena V0 < Vi sehingga keluaran komparator tetap tinggi. Proses

diulang sampai semua bit di coba dari MSB ke LSB sehingga proses

konversi selesai dan logika kendali akan mengeluarkan sinyal EOC

(End Of Conversion). Setelah konversi selesai, register control berisi

bilangan biner yang ekuivalen dengan nilai analog Vi.

2.1.2.5 Integrating ADC

Cara kerja dari integrating ADC atau dual slope ADC terletak

pada proses charging dan discharging dari kapasitor. Dimana ketika

proses charging terhadap kapasitor sinyal inputnya akan membawa

sinyal noise kedalam sistem ADC. Sedangkan ketika kapasitor

melakukan proses discharging sistem counter akan melakukan

penghitungan terhadap output bit ADC. Semakin lama waktu yang

13

diperlukan untuk proses discharging akan meningkatkan output digital

ADC. Kelebihan dari dual slope ADC adalah memiliki akurasi yang

tinggi dan memiliki resolusi yang baik serta menekan frekuensi sinyal

noise didalam sinyal input. Tetapi dengan menekan sinyal noise

tersebut akan menurunkan sampel konversi yaitu sekitar 30 sampel per

detik. Dual slope ADC dapat dioperasikan untuk sample rate yang

tinggi tetapi semakin meningkat sample rate juga akan menurunkan

noise imumnity.

2.2 Microcontroler

AT89C52 merupakan salah satu varian dari keluarga besar MCS-51.

AT89C52 mempunyai set instruksi dan kemampuan dasar yang kompatibel dengan

keluarga MCS-51 lainnya.

AT89C52 adalah sebuah mikrokontroler yang dikeluarkan oleh Atmel

dengan tujuan untuk dengan mudah memadukan arsitektur perangkat keras keluarga

mikrokontroler MCS 51, maka AT89C51 terbentuk sebagai sebuah mikrokontroler

dengan fasilitas timer, port serial 32 kaki I/O, RAM dan memory untuk keperluan

penyimpanan program.

2.2.1 Features

• Compability with MCS-51.

• 8KB of In-System Programmable (ISP) Falsh memory.

• 4.0V to 5.0V operating range

• Fully static Operation : 0Hz to 33 MHz

• 256 x 8 bit internal RAM.

• 32 programable I/O lines

• Three 16-bit Timer/counters

• 8 interups sources.

• Full Duplex UART Serial Channel

• Low-power idle and power-down modes.

• Interrupt Recovery from power-down mode.

• Watchdog Timer.

• Dual Data Pointer.

• Power off flag.

2.1.1 Konfigurasi pin.

Gambar 2.7 konfigurasi pin AT89C52

15

Fungsi dari pin AT89C52:

• Port 0 (P0.0 s/d P0.7)

Berfungsi sebagai saluran keluaran alamat rendah (low byte) dan saluran

keluar/masuk data yang berfungsi secara bergantian. Port 0 terdiri dari 8

buah tingkat penyangga drain terbuka yang dapat menarik 8 buah

masukkan gerbang bertipe LS TTL.

• Port 1 (P1.0 s/d P1.7)

Port 1 merupakan 8 bit jalur I/O yang mempunyai rangkaian pull up

internal. Tiap pin pada port 1 dapat mengendalikan 4 masukkan gerbang

LS TTL.

• Port 2 (P2.0 s/d P2.7)

Port 2 berfungsi sebagai jalur alamat tertinggi A8….A15, mampu

mengendalikan 4 masukkan gerbang LS TTL dan mempunyai rangkaian

pull up internal.

• Port 3 (P3.0 s/d P3.7)

Port 3 mampu mengendalikan 4 masukkan LS TTL dan mempunyai fungsi

khusus untuk mengendalikan control signal sebagai berikut :

Tabel 2.1 Fungsi Pin-pin Port 3 MCS

PIN Fungsi

P3.0 RxD : serial port input P3.1 TxD : serial port output P3.2 INT0 : eksternal interrupt 0 P3.3 INT1 : eksternal interrupt 1 P3.4 T0 : timer 0 eksternal input P3.5 T1 : timer 1 eksternal input P3.6 WR : eksternal data memori write strobe P3.7 RD : eksternal data memori read strobe

16

• EA (External Access Enable)

Berfungsi untuk memilih program yang akan diambil dari EPROM

eksternal atau EEPROM internal IC. Untuk AT89C52 program berada di

EEPROM internal maka pin ini harus diberi logika 1 dengan

menghubungkannya pada Vcc.

• RST (reset)

Pin reset berfungsi untuk mereset prosesor bila diberi logika “1”. Reset

diperlukan prosesor untuk inisialisasi internal, seperti mengisi register

dengan suatu nilai dan melakukan instruksi JUMP ke alamat awal program

yaitu 0000.

• ALE (Address Latch Enable)

Berfungsi untuk mengeluarkan pulsa untuk menahan (latch) selama

pengaksesan memori eksternal. Pulsa ini diberikan sebagai pulsa strobe

pada Integrated Circuit latch.

• Vcc

Tegangan catu daya positif yaitu +5 Volt DC.

• GND (ground)

Tegangan referensi 0 Volt (masukan rangkaian bumi)

• PSEN (Program Store Enable)

Berfungsi untuk mengeluarkan pulsa dalam proses pengambilan data dari

ROM/EPROM eksternal. Ini terjadi pada saat pengambilan instuksi

(fetching) atau mencari data dalam tabel (look up table)

17

• XTAL 1

Pin masukkan ke rangkaian osilator internal dalam Integrated Circuit.

• XTAL 2

Pin keluaran dari rangkaian osilator internal Integrated Circuit .

2.3 Measurement

Measurement biasanya berhubungan dengan penggunaan suatu instrumen

sebagai wadah fisik dalam menentukan sebuah kuantitas atau variabel. Dalam

banyak kasus instrumen tersebut memudahkan seseorang untuk dapat menentukan

nilai dari suatu kuantitas yang tidak di ketahui dimana hal tersebut tidak dapat di

ukur oleh mata manusia. Suatu instrument dapat didefinisikan sebagai suatu alat

untuk menentukan nilai atau jarak dari kuantitas atau variabel. Instrumen elektronik

didasarkan pada prinsip kelistrikan untuk fungsi pengukuran. Suatu instrumen

elektronik merupakan suatu alat dengan konstruksi yang relative lebih sederhana

seperti pengukuran arus DC. Dengan perkembangan teknologi bagaimanapun

permintaan instrumen yang lebih akurat dan detail meningkat, dan menghasilkan

perkembangan baru dalam design dan aplikasi dari suatu instrument. Untuk

menggunakan instrument ini secara tepat , seseorang perlu mengerti prinsip

pengoperasian dan menafsirkan kecocokan untuk aplikasi yang diinginkan.

2.3.1 Akurasi dan Presisi

Cara kerja mesurement memberikan sejumlah batasan yang

didefinisikan sebagai berikut :

18

• Instrument : Suatu alat untuk menentukan nilai atau jarak dari

suatu kuantitas atau variabel

• Akurasi : Ketepatan suatu nilai dari suatu variabel yang diukur.

• Presisi : Pengukuran dari hasil yang telah ada sebelumnya.

• Sensitifitas : Rasio perubahan output signal atau respon dari

instrument untuk merubah input atau variabel yang di

ukur.

• Resolusi : Perubahan terkecil dalam nilai yang diukur.

Akurasi mengacu pada tingkat kebenaran suatu nilai yang hampir

mendekati ketepatan pengukurannya. Sedangkan untuk presisi mengacu pada

derajat kebenaran nilai dari suatu kelompok pengukuran atau instrumen.

Sebagai contoh dalam membedakan akurasi dan presisi, dua buah

Voltmeter dengan buatan dan model yang sama di bandingkan dimana

keduanya memiliki kesamaan komponen. Dari kedua alat ini dapat di baca

suatu nilai dengan presisi yang sama, jika nilai dari suatu seri resistance

dalam salah satu Voltmeter ini berubah maka akan terjadi kesalahan dalam

jumlah yang besar, oleh karena itu keakurasian dari kedua Voltmeter tersebut

mungkin bisa berbeda. Untuk menentukan suatu kesalahan nilai dari

pengukuran tersebut maka perlu dibuat standarisasi pengukuran.

Presisi terdiri dari dua karakteristik yaitu kesamaan dan sejumlah

gambaran yang signifikan sehingga dapat dibuat suatu pengukuran. Sebagai

contoh sebuah resistor mempunyai tahanan 1.384.572Ω diukur dengan

Ohmmeter secara konsisten dan dapat digambarkan mempunyai indikasi

19

sebesar 1.4 MOhm. Tetapi apakah pengamat dapat membaca nilai yang benar

dari skala tersebut? Perkiraannya yang terlihat adalah 1.4 MOhm pada

skalanya. Hal ini dapat dikatakan benar karena dibaca berdasarkan perkiraan.

Meskipun tidak ada deviasi dari nilai yang diamati, kesalahan dapat terjadi

karena secara presisi hal tersebut salah. Contoh diatas menggambarkan bahwa

kesamaan atau keakuran itu sangat penting. Pengukuran yang baik didasarkan

pada hasil keakurasiannya bukan berdasarkan perkiraan.

2.4 Strain Gauge

Strain adalah jumlah banyaknya perubahan yang terjadi akibat tekanan yang

diterima oleh suatu media. Strain juga dapat diartikan sebagai perubahan panjang

sutau media akibat dari suatu tekanan. Nilai dari strain dapat berupa positive

ataupun negative.

Karena strain tidak memiliki satuan tersendiri maka diekspresikan dengan

in/in atau mm/mm.

Gambar 2.8 Keterangan Strain gauge terhadap tekanan

ε = Hasil yang di peroleh akibat tegangan atau renggangan.

ΔL = Adalah panjangnya renggangan

L = Panjang strain gauge.

20

2.4.1 Strain gauge

Bonded Foil Strain Gauge pertama kali dikembangkan pada tahun

1938. Strain gauge tersebut terbuat dari kabel filament dengan ketebalan

kurang lebih 0,025mm, yang ditempelkan secara langsung pada permukaan

media epoxy resin.

Gambar 2.9 Bonded Foil Strain Gage

Strain gauge adalah sensor yang mengukur berbagai tekanan yang

diterima. Strain gauge merubah kekuatan tekanan, ketegangan, berat dan lain-

lain, ke dalam bentuk tahanan electrik yang dapat diukur.

Ketika terjadi tekanan dari luar pada suatu media tetap, akan

menghasilkan tekanan dan ketegangan. Tekanan menunjukkan daya tahan

media terhadap suatu tahanan, sedangkan ketegangan menunjukkan perubahan

pada media (perenggangan pada media).

Strain gauge adalah salah satu komponen penting dalam teknik

pengukuran yang digunakan untuk mengukur kuantiti suatu mekanik. Sesuai

dengan namanya, strain gauge digunakan untuk mengukur tahanan dan

ketegangan yang di bedakan dengan tanda positif atau negatif.

21

Terdapat banyak cara untuk mengukur dari sebuah strain, tetapi yang

sering atau umum digunakan adalah strain gauge. Dimana strain gauge akan

mengirimkan hambatan sesuai dengan besarnya tekanan yang diterima oleh

strain gauge. Strain gauge yang sering digunakan adalah bonded metallic

strain gauge.

Metallic strain gauge terbentuk dari kabel tembaga yang sangat kecil

yang tersusun rapi secara parallel. Kabel tembaga tersebut ditempelkan pada

carrier yang digunakan untuk melekatkan strain gauge pada suatu media

percobaan.

Gambar 2.10 Bonded Metallic Strain Gauge

Parameter dasar dari strain gauge adalah sensitivitas terhadap strain,

dimana jumlah strain yang diterima diekspresikan dengan gauge factor.

Sedangkan gauge factor itu sendiri adalah perbandingan antara perubahan

pada tahanan elektrik yang terjadi terhadap perubahan panjang akibat suatu

tekanan.

εRR

LL

RR

GF

Δ

=Δ

Δ

=

22

GF = Nilai dari Gauge Factor

ΔR/R = Perubahan daya tahan elektrik

ε = Perubahan tekannan atau panjang

2.4.2 Tipe strain gauge

A. Resistance Strain Gauges

Resistance strain gauge akan aktif bila terdapat perubahan pada

konduktor. Ketika media yang digunakan untuk menempelkan strain gauge

mengalami perubahan yaitu memanjang dan menyempit akan meningkatkan

tahanannya. Perubahan tahanan tersebut di konversikan kedalam tegangan

oleh Wheatstone. Hasil tegangan yang didapatkan bersifat linier terhadap

tekanan yang diterima oleh strain gauge.

Resistance strain adalah tipe yang sering digunakan dalam

percobaan laboratorium.

B. Capacitance Strain Gauges

Capacitance strain gauge dapat digunakan untuk mengukur tekanan.

Dimana persamaan dari strain gauge-nya adalah

Dimana :

C adalah kapasistansi,

a adalah area piringan dari strain gauge,

k adalah konstanta elektrik,

t adalah jarak antara piringan dari strain gauge.

23

C. Photoelectric Strain Gauges

Photoelectric strain gauge digunakan untuk mendeteksi gerak atau

perpindahan tempat suatu benda. Cahaya ditembakkan melalui suatu celah

variable yang diaktuasikan oleh extensometer, langsung pada photoelectric

cell. Apabila terjadi perubahan pada lebar celah variable, akan

meningkatkan jumlah cahaya yang diterima oleh photoelectric cell, sehingga

intensity arus akan berubah ubah.

D. Semiconductor Strain Gauges

Semiconductor strain gauge akan aktif jika terjadi perubahan

tahanan pada media akibat dari ketegangan.

a. b.

c.

Gambar 2.11 Macam-Macam semikonduktor Strain Gauge

24

2.4.3 Pengukuran strain gauge

Tegangan keluaran dari suatu strain gauge tidaklah lebih besar dari

millistrain (ε x 10-3). Tetapi untuk mengukur suatu strain diperlukan ketelitian

pengukuran terhadap perubahan kecil yang terjadi dalam tahanan.

Untuk dapat melakukan pengukuran terhadap perubahan tahanan yang

sangat kecil tersebut strain gauge selalu dihubungkan dengan konfigurasi

bridge. Konfigurasi bridge yang umum digunakan pada strain gauge adalah

Wheatstone Bridge.

Gambar 2.12 Wheatstone Bridge

Tegangan keluaran dari bridge adalah Vo, yaitu :

Tegangan keluaran Vo akan sama dengan nol apabila nilai R1/R2 =

R4/R3. Keadaan dimana tegangan keluaran Vo sama dengan nol adalah keadaan

seimbang yaitu pada strain gauge tidak terjadi tekanan. Apabila tekanan

diberikan pada strain gauge maka nilai tegangan keluaran dari Vo akan berubah

atau tidak sama dengan nol.

25

Apabila nilai dari R4 dirubah pada saat strain gauge dalam keadaan

aktif, sehingga jika terjadi perubahan hambatan pada strain gauge akan

menyebabkan ketidakseimbangan pada rangkaian bridge dan akan

menghasilkan tegangan keluaran yang tidak sama dengan nol. Jika nilai dari

hambatan pada strain gauge dianggap sebagai Rg, maka nilai tahanan akibat

tekanan menjadi ∆R = RG·GF· ε Dengan mengasumsikan nilai R1 = R2 dan nilai

R3 = RG, maka persamaan diatas dapat dituliskan dengan Vo/VEX sebagai fungsi

dari strain .

Gambar 2.13 Quarter-Bridge Circuit

Idealnya strain gauge tidak hanya merespon pada tekanan yang

diberikan, tetapi juga dapat merespon pada perubahan temperatur. Oleh karena

hal tersebut perusahaan yang memproduksi strain gauge meminimalkan

sensitivitas terhadap temperatur dengan cara memproduksi Strain Gauge

dengan menggunakan bahan yang memiliki ketahanan terhadap perubahan suhu

yang tinggi.

Dengan menggunakan dua buah Strain Gauge, sensitivitas Strain Gauge

terhadap temperatur akan menjadi sangat kecil.

26

Gambar 2.14 Active Gauge and Dummy Gauge

Untuk meningkatkan sensitivitas strain gauge dapat dirancang dengan

membuat strain gauge aktif pada rangkaian konfigurasi Half-Bridge. Atau

dengan membuat strain gauge aktif pada rangkaian konfigurasi full-bridge.

a.

b.

Gambar 2.15 a. Half-Bridge Circuit, b. Full-Bridge Circuit

Persamaan matematika yang didapat dari rangkaian Wheatstone-bridge

diinisialisasikan sebagai keadaan seimbang dimana tegangan outputnya sama dengan

27

nol, ketika tidak terjadi tekanan pada strain gauge. Tetapi didalam kondisi

sebenarnya terdapat suatu tegangan offset akibat toleransi resistansi dan strain pada

strain gauge. Tegangan offset dapat di setting dengan dua cara yaitu, pertama dengan

menggunakan cara offset-nulling atau balancing rangkaian sehingga tahanan didalam

rangkaian bridge akan menghasilkan tegangan output nol. Sedangkan alternatifnya

adalah dengan mengukur initial output saat tidak terjadi tekanan pada strain gauge

dan menggunakan software untuk mengatur keadaan saat tidak mengalami tekanan.

2.5 Signal Conditioning for strain gauge

Terdapat beberapa ketentuan untuk menentukan keakuratan dari pengukuran

strain gauge :

• Bridge completion

Bridge Completion – jika menggunakan full-bridge strain gauge sensor dengan

empat aktif gauge, memerlukan tahanan referensi. Sinyal dari strain gauge lebih

tepat digunakan pada half-bridge yang memiliki presisi tahanan referensi yang

tinggi.

Gambar 2.16 Connection of Half-Bridge Strain Gauge Circuit

28

• Excitation

Excitation – sinyal strain gauge memberikan tegangan konstan untuk

mengaktifkan rangkaian bridge. Karena tidak ada standar level tegangan, maka

level tegangan excitation berkisar antara 3 Volt sampai dengan 10 Volt.

Sementara tegangan excitation yang tinggi akan membangkitkan tegangan

output yang tinggi, dan juga dapat mengakibatkan error yang sangat tinggi

akibat self-heating.

• Remote sensing

Remote sensing – jika letak dari rangkaian strain gauge jauh dari signal

conditioner dan sumber excitation, kemungkinan error yang terjadi adalah

menurunnya tegangan yang diakibatkan oleh tahanan pada kabel yang

menghubungkan excitation dengan bridge. Remote sensing digunakan untuk

mengatasi hal tersebut, dimana remote sensing dihubungkan diantara excitation

dan bridge.

• Amplification

Amplification – keluaran strain gauge dan bridge relative kecil. Berdasarkan

data yang ada sebagian besar strain gauge menghasilkan keluaran kurang dari

10 mV/V (10 mV ouput per tegangan dari excitation). Dengan nilai excitation

sebesar 10 V maka sinyal outputnya akan sebesar 100 mV. Sehingga diperlukan

amplification untuk meningkatkan level sinyal keluaran strain gauge, dengan

begitu dapat meningkatkan resolusi pengukuran dan meningkatkan

perbandingan antara sinyal dan noise.

29

• Filtering

Filltering – Low Pass filter dikonjungsikan dengan strain gauge, sehingga

dapat menekan frekuensi tinggi dari noise yang dihasilkan oleh peralatan

disekitarnya.

• Offset

Offset Nulling – saat merancang bridge untuk mendapatkan tegangan keluaran

sama dengan nol pada saat tidak terjadi tekanan diperlukan Offset Nulling.

Dimana terdapat dua cara untuk offset nulling yaitu, pertama dengan

menggunakan cara offset-nulling atau balancing rangkaian sehingga tahanan

didalam rangkaian bridge akan menghasilkan tegangan output nol. Sedangkan

alternatifnya adalah dengan mengukur initial output saat tidak terjadi tekanan

pada strain gauge dan menggunakan software untuk mengatur keadaan saat

tidak mengalami tekanan.

• Shunt calibration

Shunt Calibration –Shunt calibration mensimulasikan input dari tekanan yang

diterima dengan cara merubah tahanan pada bridge. Sehingga keluaran dari

bridge dapat diukur dan dibandingkan dengan tegangan yang harapkan. Hasil

yang didapatkan digunakan untuk membenarkan nilai span error dari seluruh

pengukuran.

2.6 Komunikasi Serial

Komputer memiliki port pararel dan serial untuk berhubungan dengan

peralatan lain di luar komputer. Kedua port telah memiliki alamat, nomor interupsi

30

dan buffer yang telah siap dipakai. Port pararel melakukan komunikasi secara

pararel yaitu mengirimkan dan menerima data secara pararel, beberapa bit

sekaligus. Komunikasi serial dilakukan melalui port serial (communication port,

disingkat COM), menyalurkan data secara berurutan beberapa bit. Standar

komunikasi serial yang dipakai adalah standar RS-232C dengan menggunakan IC

8250 pada PC dan IC MAX 232 pada minimum sistem. Kedua IC tersebut

berfungsi sebagai pengubah level sinyal TTL ke sinyal RS-232 atau sebaliknya.

2.6.1 RS-232C

RS-232C adalah standar komunikasi serial yang digunakan pada

sistem ini. Komunikasi serial menggunakan port serial yang lebih rumit

pemakaiannya. Komunikasi serial ini dilakukan dengan 3 kawat masing-

masing untuk mengirim, menerima dan ground. Bila melakukan hubungan

jarak jauh, komunikasi serial ini cocok digunakan dibandingkan dengan

komunikasi pararel karena menghemat kawat penghubung. Untuk keperluan

pengiriman data serial, interface RS-232C menggunakan IC MAX 232 karena

adanya perbedaan level tegangan sinyal RS-232C dan sinyal TTL pada UART

8250.

Penghubung pada standar RS-232 ada 2 macam yaitu jenis 25 pin (

DB-25P ) dan jenis 9 pin penghubung DIN ( DE-9P ). Untuk petunjuk sinyal

dan nama-nama pin pada RS-232C ( untuk kedua jenis penghubung ) dapat

dilihat pada table 2.1 berikut ini :

31

Tabel 2.2 Keterangan Pin-pin serial DB9 & DB25

No.pin

untuk

9 pin

No.pin

untuk

25 pin

Istilah

umum

Istilah

RS-

232

Deskripsi Petunjuk

sinyal pada

DCE

3

2

7

8

1

2

3

4

5

TXD

RXD

RTS

CTS

AA

BA

BB

CA

CB

Ground pelindung

Transmit data

Received data

Request to send

Clear to send

-

IN

OUT

IN

OUT

6

5

1

6

7

8

9

10

DSR

GND

CD

CC

AB

CF

-

-

Data set ready signal ground

( Common return )

Received line signal detector

( Menerima pengujian data set )

( Menerima pengujian data set )

OUT

-

OUT

-

-

11

12

13

14

15

SCF

SCB

SBA

DB

Tidak digunakan

Secondary received line signal

detector

Secondary clear to send

Secondary transmitted data

Transmission signal element timing

(DCEsource)

-

OUT

OUT

IN

OUT

4

16

17

18

19

20

DTR

SBB

DD

SCA

CD

Secondary received data

Received signal element timing (DCE

source)

Tidak digunakan

Secondary request to send

Data terminal ready

OUT

OUT

-

IN

IN

9

21

22

RI

CG

CE

Signal quality detector

Ring indicator

OUT

OUT

32

23

24

25

CH/CI

DA

Dta signal rate selector(DTE/DCE

source)

Transmit signal element timing (DTE

source)

Tidak digunakan

IN/OUT

IN

-

2.6.2 IC UART 8250

IC 8250 adalah UART (Universal Asynchronous Receiver

Transmitter) digunakan untuk membangkitkan semua sinyal pengendali RS-

232C yang menyediakan fungsi-fungsi diantaranya :

• Menyediakan double buffering, pencuplikan data masukan serial tidak

perlu benar-benar sinkron.

• Keluaran dan masukan dapat menggunakan sinyal clock yang berbeda.

• Menyediakan fungsi modulasi dan demodulasi (modem). Sinyal ini

termasuk CTS, RTS, DSR, DTR, RI dan CD.

• Menyediakan interupsi untuk data masukan dan keluaran.

• Dapat mendeteksi adanya sinyal kesalahan pengiriman data, termasuk

parity, overrun dan frame error

• Dapat mendeteksi adanya line break signal.

• Format data yang dikirim dan sinyal perantara pengendali (control

interface signal ) dapat diprogram.

33

2.6.2.1 Register – register

Terdapat sepuluh register yang berbeda di dalam IC 8250 yang

digunakan untuk mewujudkan operasi-operasi diatas. Kesepuluh

register terpilih berdasarkan alamat yang diberikan dan nilai bit DLAB

(Divisor Latch Access bit) dari Line Control Register seperti terlihat

pada table 2.2 berikut ini :

Tabel 2.3 Register-register IC 8250

Alamat DLAB R/W Register yang dipilih

XF8 0 W TX data register

XF8 0 R RX data register

XF8 1 W LSB of divisor latch

XF9 1 R MSB of divisor latch

XF9 0 W Interrupt enable register

XFA X R Interrupt identification register

XFB X R/W Line control register

XFC X W Modem control register

XFD X R Line status register

XFE X R Modem status register

XFF X - Tidak digunakan

Keterangan :

• Nilai x pada alamat register ditentukan oleh COM yang digunakan.

Bila COM 1 yang digunakan maka x = 3, tetapi jika COM 2 yang

digunakan maka x = 2

• Nilai x pada bit DLAB artinya nilai bit DLAB bias 0 atau 1 tidak

mempengaruhi register yang dipilih.

34

2.6.2.2 Konfigurasi pin

Terdapat 40 pin pada IC 8250 yang memiliki fungsi-fungsi

tertentu.

• D0…D7 ( I/O ) : Untuk melakukan komunikasi mikroprosesor

menggunakan I/O port. Bentuk data yang ditransmisikan termasuk

data, control word dan status word. Keluaran dari data ini adala

tri-state.

• RCLK ( Receiver Clock, masukan ) : Adalah clock pencuplikan

data masukan serial. Frekuensinya harus 16 kali baud rate data

masukan. Secara umum, BOUD OUT dan keluaran data serial

menyediakan hal ini.

• SIN ( input serial, masukan ) : Menerima masukan data serial dari

luar.

• SOUT ( output serial, keluaran ) : Mengeluarkan data serial ke

perangkat luar

• CS0, CS1, ( chip select, masukan ) : Jika CS0 = ‘1’, CS1 =

‘1’ dan = ‘0’, maka 8250 terpilih. Sinyal digunakan

untuk me-latch sinyal pemilih dan alamat A0….A2.

• Baud Out ( keluaran ) : Mengeluarkan sebuah clock dengan

frekuensi 16 kali dari output serial baud. Frekuensinya sama

dengan rasio dari frekuensi osilasi masukan dibagi dengan Divisor

35

Latch. Jika pin ini dihubungkan dengan pin RCLK, maka baud

rate dari data masukan dan keluaran sama.

• XTAL1, XTAL2 ( masukan ) : Digunakan untuk membangkitkan

baud rate. Menyediakan baud rate 9600, 4800, 2400 dan

sebagainya yang biasa digunakan pada RS-232 interface. Frekuensi

yang lebih baik adalah 1,8432 Mhz, karena frekuensi tersebut

dibagi dengan rangkaian pembagi internal, baud rate yang lebih

teliti dibangkitkan. Frekuensi maksimumnya 3,1 Mhz.

• DOSTR, (Data Output Strobe, masukan) : Jika 8250

terpilih, data atau control word dapat ditulis ke IC tersebut. Jika

DOSTR = ‘1’ atau = ‘0’ , maka DOSTR ( ) sama

dengan WRITE ( ).

• DISTR, ( Data Input Strobe , masukan ) : Data atau control

word 8250 dapat dibaca jika DISTR = ‘1’ atau = ‘0’.

• DDIS ( Drive disable, keluaran ) : Jika mikroprosesor membaca

8250, keluaran DDIS = ‘0’ untuk men-drive penerima eksternal,

sedangkan selama penulisan, DDIS tidak berpengaruh. DDIS

hanya digunakan untuk men-drive data keluaran bus selama

pembacaan.

• CSOUT ( Chip Select Out, masukan ) : Jika 8250 terpilih , pin

CSOUT = ‘1’.

36

• ( Address Strobe , masukan ) : Jika = ‘0’ maka

A0,A1,A2,CS0,CS1 dan akan latch. juga mengatur

apakah 8250 dapat digunakan atau tidak.

• A0, A1, A2 ( Address , masukan ) : Digunakan untuk memilih 10

register internal 8250.

• INTRPT ( Interrupt , keluaran ) : Jika INTRPT = ‘1’ berarti 8250

menginterupsi mikroprosesor. 4 kondisi yang dapat

membangkitkan sinyal INTRPT adalah : sinyal kesalahan di

receiver, receiver data ready, register transmit holding kosong dan

status modem.

• ( keluaran ) : Status dapat diprogram pemakai. Bit

3 ( ) modem control register dapat di-set. Status

adalah kebalikan dari bit 3. jika sistem direset, maka sinyal berada

pada kondisi high.

• ( Request to Send , keluaran ) : Jika 8250 siap untuk

menerima data, = ‘0’ untuk meminta modem penerimaan

data. Level logika ini dapat di-set dengan bit 1 ( ) modem

control register. Jika = ‘1’, maka keluaran = ‘0’. Jika

sistem direset, maka = ‘1’.

• ( Data Terminal Ready ) : Ketika 8250 dapat menerima data

dari modem, = ‘0’ , guna memberitahukan modem untuk

mengirim data. Level logika dapat di-set dengan bit 0 modem

37

control register. Jika = ‘1’ ,maka keluaran = ‘0’. Jika

sistem direset , maka = ‘1’.

• ( keluaran ) : Status dapat deprogram oleh

pemakai. Bila bit 2 modem control register di-set maka logika

adalah kebalikan dari bit 2. Jika sistem direset, maka

= ‘1’.

• MR ( Master Reset ) : Jika MR = ‘1’ maka semua register dan

internal control logic di-clear.

Tabel 2.4 efek master reset ( MR )

Register/sinyal Reset control Reset status

Interrupt enable register Master reset Semua bit low ( bit 0-3

dipaksa, bit 4-7 selamanya)

Interrupt identifier register Master reset Bit 0 = ‘1’, bit 1 & 2 = ‘0’,

bit 3 = ‘0’ selamanya

Line control register Master reset Semua bit low

Modem control register Master reset Semua bit low

Line status register Master reset Bit 5 & 6 = ‘0’ yang lain =

‘1’

Modem status register Master reset Bit 0-3 = ‘0’ , bit 4-7 untuk

sinyal input

SOUT Master reset high

INTR ( RCVR error ) Read LSR / MR low

INTR ( RCVR data ready ) Read LBR / MR low

INTR ( RCVR data ready ) Read IIR/Write THR/MR low

INTR ( modem status Read MSR/MR low

38

change )

OUT2 Master reset high

RTS Master reset high

DTR Master reset high

OUT1 Master reset high

• (Clear to send,masukan) : Setelah 8250 mengeluarkan sinyal

, modem mengembalikan ke logika ‘0’ jika modem

mengijinkan 8250 mengirimkan data. Dengan membaca bit 4 (

CTS) modem status register, kita dapat mengetahui kondisi CTS (

sejak pembacaan yang terakhir ). Jika interupsi modem status di-

enable-kan, 8250 akan mengeluarkan suatu sinyal interupsi ke

sistem selama perubahan kondisi CTS.

• (Data Set Ready, masukan) : Jika modem siap untuk

mengirim data ke 8250 , modem memberikan logika ‘0’ ke

untuk memberitahukan 8250. 8250 akan mengembalikan ke

logika ‘0’ jika modem diijinkan. Dengan membaca bit 5 ( )

modem status register, kita dapat mengetahui status sejak

pembacaan terakhir. Jika interupsi untuk pembacaan logikanya di-

enable-kan, 8250 akan mengeluarkan suatu interupsi ke CPU

selama perubahan level logika .

• RLSD ( Receive Line Signal Detect, masukan ): Jika = ‘0’ ,

data carier telah terdeteksi. Dengan membaca bit 7 modem status

register, dapat mengetahui status . Bit 3 modem status

39

register menunjukkan perubahan sejak pembacaan

terakhir. Jika perubahan level logika interupsi di-enable-kan, 8250

akan mengeluarkan suatu interupsi ke CPU selama perubahan level

logika .

• (ring indicator, masukan) : Jika = ‘0’, modem telah

menerima suatu bunyi. Dengan membaca bit 6 modem status

register, kita dapat mengetahui status . Bit 2 ( TERI ) modem

status register menunjukkan perubahan RI sejak pembacaan

terakhir. Jika perubahan level logika interupsi di-enable-kan, 8250

akan mengeluarkan suatu interupsi ke CPU selama perubahan level

logika RI.

2.7 Visual Basic 6.0

Visual Basic adalah suatu development tools untuk membangan aplikasi

dalam lingkungan Windows. Dalam pengembangan aplikasi, Visual Basic

menggunakan pendekatan Visual untuk merancang user interface dalam bentuk

form, sedangkan untuk kodingnya menggunakan dialek bahasa Basic yang

cenderung mudah dipelajari. Visual Basic telah menjadi tools yang terkenal bagi

para pemula maupun developer.

Dalam lingkungan Windows User Interface sangat memegang peranan

penting , karena dalam pemakaian aplikasi yang kita buat, pemakai senantiasa

berinteraksi dengan User interface tanpa menyadari bahwa di belakangnya berjalan

instruksi-instruksi program yang mendukung tampilan dan proses yang dilakukan.

40

Pada pemrogaman Visual, pengembangan aplikasi dimulai dengan

pembentukan user interface, kemudian mengatur property dari objek-objek yang

digunakan dalam user interface, dan baru dilakukan penulisan kode program untuk

menangani kejadian-kejadian (event). Tahap pengembanagn aplikasi demikian

dikenal dengan istilah pengembangan aplikasi dengan pendekatan bottom up.

2.8 Teaching Box

Alat ini Gambar 2.15 (Teaching Box) digunakan pada Robot RV-M1

sebagai alat pengendali dari lengan Robot tersebut. Teaching Box selain untuk

menggerakan lengan Robot secara manual, digunakan untuk menyimpan posisi

sementara. Setelah itu, baru di-Load ke Komputer, dan disimpan dengan ekstensi

*.POS. Untuk menggerakan lengan Robot dari PC, bias digunakan terminal mode.

Pilihan ini biasa digunakan untuk mentransfer instruksi satu per satu.

Berikut konfigurassi tombol dari Teaching Box :

41

Gambar 2.17 Teaching Box

• ON/OFF (Power Switch) : Untuk mengaktifkan atau non-aktifkan tombol-

tombol dalam teaching box.

• EMG.Stop (Emergency stop switch): Tombol push button yang digunakn untuk

menghentikan lengan Robot dalam keadaan darurat.

• INC (+ENT) : Menggerakan lengan Robot dari posisi lengan Robot yang

terakhir (saat ini) ke posisi berikutnya.

• DEC (+ENT) : Menggerakan Robot dari posisi lengan Robot saat ini ke posisi

sebelumnya.

• PS (+ Number +ENT) : Menentukan kordinat dari posisi saat ini ke posisi

dengan nomor tertentu.

• PC (+ Number +ENT) : Menghapus isi dari suatu posisi dengan angka tertentu.

42

• NST (+ ENT) : Mengembalikan lengan Robot ke posisi orgin.

• ORG (+ENT) : Menggerakan lengan Robot ke posisi referensi dalam sistem

kordinat kartesian.

• MOV (+ Number + ENT) : Menggerakan lengan Robot ke posisi yang telah di

tentukan.

• ENT : Menyelesaikan setiap entry tombol untuk menghasilkan oprasi yang

bersangkutan.

• X+ / B+ : Menggerakan lengan Robot dalam X-axis positif.

• X- / B- : Menggerakan lengan Robot dalam X-axis negatif.

• Y+ / S+ : Menggerakan lengan Robot dalam Y-axis positif.

• Y- / S- : Menggerakan lengan Robot dalam Y-axis negatif.

• Z+ / E+4 : Menggerakan lengan Robot dalam Z-axis positif, juga berfungsi

sebagai angka numeric “4”.

• Z- / E-9 : Menggerakan lengan Robot dalam Z-axis negatif, juga berfungsi

sebagai angka numeric “9”.

• P+ / 3 : Merubah posisi pergelangan lengan Robot kea rah naik, juga berfungsi

sebagai angka numeric “3”.

• P- / 8 : Merubah posisi pergelangan lengan Robot kea rah menurun, juga

berfungsi sebagai angka numeric “8”.

• R+ / 2 : Memutar pergelangan lengan dalam arah positif (clockwise) searah

jarum jam, juga berfungsi sebagai angka numeric “2”.

• R- / 7 : Memutar pergelangan lengan dalam arah negatif (counter clockwise)

berlawanan arah jarum jam, juga berfungsi sebagai angka numeric “7”.

43

• Option + / 1 : Menggerakan axiz dalam arah positif, juga berfungsi sebagai

angka numeric “1”.

• Option- / 6 : Menggerakan axis dalam arah negatif, juga berfungsi sebagai

angka numeric “6”.

• <O> / 0 : Membuka genggaman tangan, juga berfungsi sebagai angka numeric

“0”.

• <C> / 5 : Menggenggam, juga berfungsi sebagai angka numeric “5”.